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青出于蓝 | 比Redis快5倍的KeyDB
Redis是单线程的,而KeyDB是Redis的高性能分支版本,专注于多线程,内存效率和高吞吐量。除了多线程之外,在相同的硬件上,KeyDB每秒执行的查询数量是Redis的两倍,延迟降低60%。KeyDB与Redis协议,模块和脚本完全兼容。这包括对事务的完全支持和脚本的原子执行。KeyDB项目是从Redis fork出来的分支。众所周知Redis是一个单线程的kv内存存储系统,而KeyDB在100%兼容Redis API的情况下将Redis改造成多线程。项目git地址:https://github.com/JohnSully/KeyDB网上公开的技术细节比较少,本文基本是通过阅读源码总结出来的,如有错漏之处欢迎指正。
多线程架构
线程模型
KeyDB将Redis原来的主线程拆分成了主线程和worker线程。每个worker线程都是io线程,负责监听端口,accept请求,读取数据和解析协议。如图所示:1、处理统计2、客户端链接管理3、db数据的resize和reshard4、处理aof5、replication主备同步6、cluster模式下的任务
链接管理
在Redis中所有链接管理都是在一个线程中完成的。在KeyDB的设计中,每个worker线程负责一组链接,所有的链接插入到本线程的链接列表中维护。链接的产生、工作、销毁必须在同个线程中。每个链接新增一个字段intiel;/* the event loop index we're registered with */
用来表示链接属于哪个线程接管。KeyDB维护了三个关键的数据结构做链接管理:1、clientspendingwrite:线程专属的链表,维护同步给客户链接发送数据的队列2、clientspendingasyncwrite:线程专属的链表,维护异步给客户链接发送数据的队列3、clientstoclose:全局链表,维护需要异步关闭的客户链接分成同步和异步两个队列,是因为Redis有些联动api,比如pub/sub,pub之后需要给sub的客户端发送消息,pub执行的线程和sub的客户端所在线程不是同一个线程,为了处理这种情况,KeyDB将需要给非本线程的客户端发送数据维护在异步队列中。同步发送的逻辑比较简单,都是在本线程中完成,以下图来说明如何同步给客户端发送数据:int fdCmdWrite; //写管道
int fdCmdRead; //读管道
AE_ASYNC_OP::CreateFileEvent
的操作,要求添加写socket事件。专属线程在处理管道消息时将对应的请求添加到写事件中,如图所示:锁机制
KeyDB实现了一套类似spinlock的锁机制,称之为fastlock。fastlock的主要数据结构有:struct ticket
{
uint16_t m_active; //解锁+1
uint16_t m_avail; //加锁+1
};
struct fastlock
{
volatile struct ticket m_ticket;
volatile int m_pidOwner; //当前解锁的线程id
volatile int m_depth; //当前线程重复加锁的次数
};
__atomic_load_2,__atomic_fetch_add,__atomic_compare_exchange
来通过比较mactive=mavail判断是否可以获取锁。fastlock提供了两种获取锁的方式:1、trylock:一次获取失败,直接返回2、lock:忙等,每1024 * 1024次忙等后使用schedyield 主动交出cpu,挪到cpu的任务末尾等待执行。在KeyDB中将trylock和事件结合起来,来避免忙等的情况发生。每个客户端有一个专属的lock,在读取客户端数据之前会先尝试加锁,如果失败,则退出,因为数据还未读取,所以在下个epollwait处理事件循环中可以再次处理。Active-Replica
KeyDB实现了多活的机制,每个replica可设置成可写非只读,replica之间互相同步数据。主要特性有:1、每个replica有个uuid标志,用来去除环形复制2、新增加rreplay API,将增量命令打包成rreplay命令,带上本地的uuid3、key,value加上时间戳版本号,作为冲突校验,如果本地有相同的key且时间戳版本号大于同步过来的数据,新写入失败。采用当前时间戳向左移20位,再加上后44位自增的方式来获取key的时间戳版本号。文章不错?点个【在看】吧! 👇